Реферат на тему:
Флювіальні ландшафти
Вступ. Метою дослідження є виявлення особливостей флювіального ландшафту
як окремого гомогенного типу денної поверхні, що створюється під дією
флювіації як одного з ландшафтоутворюючих процесів. Наше дослідження
стосується ландшафтів як організації денної поверхні, літоморфологічні
особливості якої генетично пов’язані з флювіацією. Водночас автори
зазначають, що організація денної поверхні в цілому – це застигла
динаміка ландшафтоутворюючих процесів, тобто дії геосистем різних рівнів
організації – мінеральних, біотизованих, антропізованих (тут можна
виділити ще низку підрівнів), а це означає, що слід вести мову і про
відповідні рівні організації ландшафтів. Серед ландшафтів мінерального
рівня особливо виділяється такий генетичний тип, як флювіальні
ландшафти. Зрозуміло, що крім флювіації, діє багато інших процесів, і це
веде до ускладнення цих слідів. Отже, можна просто вести мову про
виділення у свідомості саме флювіального ландшафту із загального, як це
можна зробити щодо й інших різностей, пов’язаних з дією якогось одного
середовища перенесення, наприклад, еолового, піро-вулканічного,
гляціального і т.ін. Будемо називати їх гомогенними. Оскільки флювіація
є явищем поширеним, ми можемо знаходити сліди її дії майже всюди.
Розглянемо деякі загальні особливості таких ландшафтів та їхнього
генезису.
Флювіація як ландшафтоутворюючий процес. Флювіація – один з найбільш
розповсюджених процесів у екзоморфодинамічній сфері. Цей процес будемо
розуміти як спільний рух води, частинок ґрунту і розчинених сполук у
верхньому шарі земної поверхні, що утворює певні літо–морфологічні
комплекси і відповідно організацію малюнка денної поверхні, тобто
флювіальні ландшафти.
Необхідність розгляду саме шару поверхні пов’язана з тим, що флювіальний
процес виражений не тільки у вигляді поверхневого стоку, але і т.зв.
підповерхневого – у вигляді трубчастого стоку на схилах і присхилових
ділянках. Умовами розвитку флювіації є достатня кількість опадів та
субстрат, який піддається дії води (механічної, термічної, хімічної).
Сполучення різних чинників, включаючи твердий стік, зумовлює утворення
різноманітних режимів, які можна розглядати як фазові стани, що певним
чином розміщені у фізичному просторі дії флювіації. Всю сукупність таких
режимів будемо називати фазовим простором флювіації. Реалізація деяких з
них у фізичному просторі, яку слід розглядати як самоорганізацію, якраз
і веде до виникнення особливого типу ландшафтів – флювіальних.
Утворення терас річної долини
Як вже було зауважено, флювіальні ландшафти є гомогенними, тобто
пов’язані з дією тільки води як середовища перенесення. Це означає, що
відповідний патерн має включати весь цикл флювіації від його початку у
вигляді делей (ледь помітних понижень, пов’язаних з підповерхневим
стоком) та площинного перевідкладення матеріалу до ерозійних форм і
відкладів самих різних масштабних рівнів. Але ступінь виразності таких
утворень буде більшим там, де потік стає найбільш потужним. Отже, мова
йде про препарування флювіацією земної поверхні.
Важливою особливістю флювіації є те, що її динаміка веде до утворення
парагенетичних комплексів, об’єднаних у флювіальний басейн, у межах
якого простежується послідовна зміна денудаційних утворень
акумулятивними. Причому, на відміну від усіх інших середовищ
перенесення, такі парагенетичні утворення чітко проявляються у значному
діапазоні масштабів – від кількох десятків сантиметрів квадратних до
мільйонів квадратних кілометрів, що дає змогу вести мову про
субфрактальність флювіації. Саме ця особливість динаміки визначає
масштабованість басейнової організації земної поверхні, починаючи від
масштабу цілого континенту, як це показано на рисунку 1 (а): ця
організація проявляється у порушенні симетрії земної поверхні через
утворення долин і вододільних масивів. Сам же факт масштабованості дуже
ускладнює опис явища.
Флювіальні басейни мають ще одну важливу особливість: вони містять у
собі стрілу часу, тобто є асиметричними в напрямку від “виникаючого” до
“існуючого” (функціонуючого) і “зникаючого”. І пов’язано це з наявністю
фронтів становлення і завмирання долинної структури. В одних випадках
такі фронти пов’язані з дією прискорення Коріоліса – ротаційні
денудаційні фронти (рис. 1 (б)), в інших – з просуванням басейну в
напрямку головного вододілу. Але в обох випадках мова йде про т.зв.
денудаційні фронти [2]. Зрозуміло, що така структура припускає поділ
флювіального басейну не тільки на ерозійну, транзитну та акумулятивну
зони, але і на “часові” пояси (або зони): фронту становлення, сталого
функціонування, перифлювіальної і екстрафлювіальної зон. Розглянемо їх.
Рис. 1. Схема розчленування ідеального материка (а), на якій показані
вододіли, що біфуркують, головні водотоки (пунктир) та праві і ліві
схили долин, і (б) – трансконтинентальні річки та головні денудаційні
фронти
Зона фронтів просування. Ці функціональні утворення басейнів мають
досить обмежене поширення, але саме тут відбувається свого роду фазовий
перехід до організованого флювіального процесу. Такі фронти виникають з
боку басейну, який просувається у напрямку вододілу. У річковому басейні
будемо розрізняти головний регресивний і бокові фронти. Вони можуть бути
активними або виродженими, сталими чи несталими. Морфологічно перші
проявляються у вигляді крутих обривистих схилів з порушеним, або взагалі
відсутнім рослинним покривом, чи, якщо басейн малого масштабу, ерозійним
порогом (як це має місце в ярах і при розвитку мікробасейнів). Порушення
ж сталості цих фронтів морфологічно проявляється у вигляді яруг і балок,
які також можуть мати ускладнені лінії фронту. У випадку річкових долин
таке порушення сталості фронтів частіше за все пов’язане з підрізанням
рікою крутого схилу долини. Саме в зоні фронтів просування виникають
ситуації, які потребують дії інформаційних машин. А це означає, що
відбувається суттєва функціональна асиметрія, подібна до тієї, яка свого
часу виникла у живих організмів: органи сприйняття і оброблення
інформації концентруються у передній частині тіла. Дуже цікавим є
зв’язок функціонування цієї частини басейну з динамікою руслових
процесів, які, як вважають автори, відповідають за активізацію фронтів
просування (у випадку басейнів “коріолісова” масштабу) або встановлення
“паритетних” відносин між басейнами менших масштабів.
Зона сталого функціонування. Це зона свіжих типових флювіальних
ландшафтів. Саме тут відбувається ерозія, транзит та акумулюється
матеріал. Флювіація як потік має демонструвати еволюцію у напрямку
оптимального режиму руху, що віддзеркалюється у структурі флювіального
басейну, включаючи найбільш цікаву його складову – флювіальну мережу.
Деякі структурні особливості побудови такої мережі були виявлені ще
Хортоном. Сьогодні вже відомо, що ця мережа має субфрактальну геометрію,
що можна розглядати як прагнення до максимально повного охоплення
території басейну різнопорядковою системою водотоків з метою “зняття
інформації” про його стан, бо фрактальна розмірність є верхньою межею
інформаційної розмірності. Розглянемо деякі їхні генетичні та
морфологічні особливості.
?
i
; t) – поле висот поверхні: ? ? ?A (z3. Ділянка поверхні діє як суміш
різних умов (випадковостей) для середньорічної величини розвантаження
потоку в цій точці. Отже, напруження зрушення слід рахувати як величину,
залежну від організації поля висот. Існує т.зв. закон потужності ерозії,
який констатує, що локальна швидкість ерозії є степеневою функцією
площі, розміщеної вище [10].
У разі глибини потоку, що перевищує величину 1/градієнт (у мм), течія
стає турбулентною, що спричиняє нелінійний ріст ерозії. Разом з тим
зсувне напруження визначається як [1]:
? = ?grs,
де ? – зсувне напруження (сила/одиниця площі), r – середня глибина
потоку (або гідравлічний радіус), ? – щільність води, s – градієнт, g –
прискорення сили тяжіння. Напруження, що виникають між потоком і
ґрунтовою поверхнею, створюють умови для переходу системи “потік –
поверхня” у стан самоорганізованої критичності. При досягненні еродуючої
швидкості, потік починає зривати частинки ґрунту, внаслідок чого
утворюються мікрофронти, що просуваються вверх по течії. При цьому
можуть виникати своєрідні ерозійні лавини в латеральній площині. Залежно
від умов, ці фронти можуть бути широкими і сталими (площинна ерозія) або
вузькими, які є наслідком втрати фронтом сталості. До того ж ерозійний
процес локалізується: починають формуватися русла (ерозійний канал
буквально угвинчується у поверхневий шар ґрунту). Складний нелінійний
характер процесу призводить до утворення спочатку окремих каналів стоку,
які, об’єднуючись, потім формують флювіальну мережу. Ця мережа, досягши
певної стадії розвитку, починає діяти як ціле, тобто в ній виникає
розподіл функцій. Як приклад, розглянемо систему мікрорусел, фрагмент
якої показано на рисунку 2 [4] разом з деякими результатами її
обстеження. І тут ми бачимо вбудованість часу у просторову структуру:
характеристики системи мікрорусел закономірно змінюються в напрямку вниз
по схилу, віддзеркалюючи рух до оптимальної організації. На певній
відстані від початку, водні потоки, що рухаються окремими каналами,
починають “відчувати” один одного, що веде до підвищення кореляцій між
ними. Слід додати, що вся мережа флювіального басейну працює в режимі
інформаційної машини. Про це свідчить, наприклад, орієнтація річок
різних порядків: найбільшим різноманіттям відзначаються річки першого
порядку, а потім орієнтація стає все більш обмеженою.
Рис. 2. Система мікрорусел на полі (а) і деякі результати її виміряння:
(б) – зміна середньої ширини мікрорусел та (в) – її диференціал, (г) –
зміна середнього кута між руслами та (д) – його диференціал, (е) –
фазовий портрет середньої ширини каналів, (ж) – фазовий портрет
середнього кута.
Особливістю басейнової організації денної поверхні є геометрія басейнів
різних порядків. На рисунку 3 показано залежність показника Б.
Мандельброта від рангу басейнів (для території США). Крива залежності
складається з двох частин. Перша (до четвертого порядку) – це
асимпотота, яка (при подовженні), виходить на “плато”, друга, для більш
високих порядків, віддзеркалює майже лінійну залежність. Такий характер
залежності пояснюється тим, що басейни перших порядків (ярково-балкова
система) відокремлені від річкової системи.
Зона транзиту. Це та частина басейну, де відбувається водночас ерозія,
перенесення і акумуляція частинок ґрунту, є, мабуть, найбільш складною і
різноманітною. Ці утворення піддаються постійному переформуванню. На
нижчому масштабному рівні найбільш цікавими є поверхні, покриті
мікробарами, які виникають на рівних з незначним ухилом поверхнях при
інтенсивному стоці, літоморфні утворення на дні водотоків, меандри,
переплетені русла [6] і т.п. Розглянемо деякі з них. Одна з найбільш
цікавих форм – мікробариста поверхня. Режим флювіації, що створює і
підтримує таку структуру, є справжньою обчислювальною машиною, яка
здійснює відбір такої орієнтації поверхні, завдяки чому й забезпечується
максимальна пропускна спроможність з найменшими втратами енергії. У
більших масштабах, що відповідають річкам, подібну обчислювальну функцію
виконують переплетені русла (у межах зандрових полів і дельт). Але
найбільш цікавими прикладами є літоморфи, що утворюються на дні
водотоків, бо їхня морфологія віддзеркалює характер динаміки потоку [7].
Такі поверхні можна назвати фаціями “риб’яча луска”. Структура такої
поверхні відображає розподіл енергії всередині течії.
Рис. 3. Залежність показника Б. Мандельброта від порядку басейну
Що стосується процесу меандрування, це прояв внутрішньої активності
басейну, завдяки якій відбувається не тільки переформування
літоморфологічної структури заплави, але й активізація головного фронту
просування басейну шляхом підрізання річкою крутих схилів. Саме цей
процес сприяє активізації ярково-балкової мережі, внаслідок якої є
захоплення частин суміжних басейнів шляхом перехоплення приток [2].
Суттєве значення для розвитку меандр має режим твердого стоку і ширина
долини.
Зона акумуляції. Це зона басейну з вираженим акумулятивним процесом.
Вона тягнеться вздовж всього басейну у вигляді заплави, що переходить у
дельту,
або донних відкладів балок, які завершуються конусом винесенням. Ці
процеси досить добре описані в літературі (3(, що дає змогу нам не
розглядати їх.
Перифлювіальна зона. Це частина басейну, яка безпосередньо прилягає до
зони концентрованої (заплавної) флювіації, в межах якої процес
басейнотворення затухає, а сліди флювіації поступово стираються дією
інших екзогенних процесів, включаючи і дрібно–масштабну флювіацію. У
просторовому плані ця зона збігається з боровими терасами, де, за
відсутністю рослинного покриву, головним стає еоловий чинник.
Екстрафлювіальна зона. Це “хвостова” частина басейну, що охоплює всі
лесові тераси. Особливістю флювіації тут є перехід від “латеральної”
організації до тримірної шляхом розвитку карстово-суфозійних процесів.
Так виникає “тримірна” організація флювіації, яка, насправді, охоплює
весь флювіальний басейн. Подібна організація може виникнути тільки при
досягненні басейном певного просторового масштабу. Отже, має існувати
певний масштабний поріг. Для нас же важливим є те, що вертикальна
складова має виражені прояви в структурі денної поверхні у вигляді
карстових і суфозійних вирв, просторове розміщення яких не є випадковим,
а віддзеркалює організацію стоку.
Використана література
Керкби М.Дж. Гидролого-гидрогеологические условия склонов /
Гидро-геологическое прогнозирование: Пер. с англ. М., 1988.
Ковалёв А.П. Ротационные денудационные фронты/Эколого-географические
исследования в речных бассейнах. Матер. Междунар. научно-практической
конф. Воронеж, 2001.
Курдюмов Л.Д. Закономерности эрозионно-аккумулятивного процесса. Л.,
1977.
Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории Европейской
части СССР и борьба с ними. Т. 1. М.:Л., 1948.
Nicora V.I., Goring D.G., Biggs B.J.F. On gravel-bed roughness
characterization //Water Resources Research, Vol. 34. No. 3.
Sapozhnikov V.B., Foufoula-Georgiou E. Do the current landscape
evolution models show self-organized criticality? // Water Resources
Research. Vol. 32. 1998. Nо. 4.
Seminara G. Stability and Morphodynamics // Meccanica 33, 1988. Kluwer
Academic Publichers. Printed in the Netherlands.
Rinaldo A., Dietricht W.E., Rigon R., Vogel G.K., Rodriguez-Iturbe I.
Geomorphological signatures of varying climate // Nature. Vol. 374.
1995.
Tucker Gregory E., Bras Rafael L. Hillslope processes, drainage density,
and landscape morphology // Water Resources Research. Vol. 34. 1998. Nо.
10.
Whipple K.X., Kirby E., Brocklehurst S.K. Geomorphic limits to
climate-induced increases in topographic relief // Nature. Vol. 401.
1999.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
